(57)【要約】  本開示は、試料を冷却するための無寒剤冷却装置であって、真空チャンバと、主熱浴を提供するための真空チャンバ内に第１の温度が生じるように構成される第１の冷却器と、試料が配置される試料ステージと接続する第２の冷却器であって、第２の冷却器が試料ステージに第２の温度を提供するように構成される固体冷却器であり、第２の温度が第１の温度と異なる、第２の冷却器と、第１の冷却器および第２の冷却器を操作しながら、試料を交換するように構成される、試料装填器と、を備え、試料ステージが主熱浴から熱的に分離されるように、試料ステージが低熱伝導率の複数の第１の繊維によって真空チャンバ内に保持される、冷却装置に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を冷却するための無寒剤冷却装置であって、
真空チャンバと、
主熱浴を提供するための前記真空チャンバ内に第１の温度が生じるように構成される、第１の冷却器と、
試料が配置される試料ステージと接続する第２の冷却器であって、前記第２の冷却器が前記試料ステージに第２の温度を提供するように構成される固体冷却器であり、前記第２の温度が前記第１の温度と異なる、第２の冷却器と、
前記第１の冷却器および前記第２の冷却器を操作しながら、前記試料を交換するように構成される、試料装填器と、を備え、
前記試料ステージが前記主熱浴から熱的に分離されるように、前記試料ステージが低熱伝導率の第１の機械的懸架部によって前記真空チャンバ内に保持され、前記第１の機械的懸架部が複数の第１の繊維によって提供される、
冷却装置。
【請求項２】
前記試料ステージを保持し、前記試料が交換される間、前記主熱浴に熱リンクを提供するように構成される試料ステージ係止器をさらに備える、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記試料ステージ係止器は、ロック解除位置とロック位置との間で可動である１つ以上の軸を備え、前記ロック解除位置では、前記１つ以上の軸は前記試料ステージと接触せず、前記ロック位置では、前記１つ以上の軸は前記試料ステージと接触し、その試料ステージを適所に保持する、請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記第２の冷却器は、磁気冷却器、断熱消磁冷凍機、バロカロリック冷凍機、または熱電冷却器である、請求項１から３のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記第１の冷却器および／または前記第２の冷却器は、多段階冷却器である、請求項１から４のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記第２の冷却器は、モジュール式の組立体で提供される、請求項１から５のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記試料ステージで磁場を提供するように構成される試料磁石をさらに備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記試料ステージを囲む試料放射遮蔽体をさらに備え、前記試料放射遮蔽体は、前記試料放射遮蔽体が前記主熱浴から熱的に分離されるように、低熱伝導率の第２の機械的懸架部によって前記真空チャンバ内に保持される、請求項１から７のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項９】
前記第２の機械的懸架部は、複数の第２の繊維によって提供される、請求項８に記載の冷却装置。
【請求項１０】
前記第２の冷却器は、冷媒および超伝導磁石を備える断熱消磁冷凍機であり、前記超伝導磁石は冷媒の体積にわたって磁場勾配を最小限にするようないくつかのコイルを備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項１１】
前記第２の冷却器は、前記超伝導磁石の浮遊磁場を減少させるように構成される少なくとも１つの補償コイルを備える、請求項１０に記載の冷却装置。
【請求項１２】
前記第２の冷却器の固形冷媒は、底部および側壁を有するケース内に配置され、前記ケースは一体設計で形成され、蓋によって封止される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項１３】
前記第１の冷却器は、機械的冷却器である、請求項１から１２のいずれか一項に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、試料冷却用の無寒剤冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
低温を提供するための装置は、基礎科学および応用科学に不可欠な部分である。大部分の冷却器は、低温を生じるための液化ガス（いわゆる、寒剤）、特に窒素およびヘリウムを使用している。寒剤を使用することには、例えば、安全上の危険ならびに寒剤を保存および取り扱うための相当な労力、ならびに最も重要なことでは、操作および維持管理の高い技術的複雑性など、いくつかの不利益がある。加えて、ヘリウムの価格は、この数年間、急激に上昇している（いわゆる、ヘリウム危機）。
【０００３】
ヘリウムの高価格という主に後者の不利益により、液体寒剤の添加をもはや必要としない、いわゆる無寒剤冷却器の開発が促進されている。広く受け入れられているが、「無寒剤」という用語はこの文脈において、これらの新しい無寒剤装置の大部分が依然として寒剤に依存していることにより、多少直観に反するものである。これは特に、数ミリケルビンから数ケルビンまでの範囲の極低温を提供するために使用される冷却器、いわゆる希釈冷凍機を説明している。近年、希釈冷凍機は、無寒剤の機械的予冷ユニット、例えばパルス管冷却器またはギフォードマクマホン冷却器を加えることによって無寒剤に向けられている。無寒剤予冷は、もはや液体ヘリウムが装置の操作時に添加される必要がないため、作業費用を効果的に削減している。しかし、「無寒剤」という名称を付されているにもかかわらず、これらの希釈冷凍機は、冷却能が３ヘリウム同位体と４ヘリウム同位体とを混合する熱によって提供されるというその他の希釈冷凍機と同じ冷却技術に依然として基づいている。したがって、これらの装置は、冷却能を提供するための寒剤に依然として依存しており、寒剤の使用に依存する前述の技術的不利益に依然として悩まされている。
【０００４】
代替的冷却技術に基づき、かつそれ故に寒剤に依存しない冷却器を提供するためのいくつかの手法が存在する。ここでは、固形冷媒に基づいた冷却技術は、例えば、
例として固体の磁気熱量効果またはバロカロリック効果に基づき得る磁気冷却器、または
例として固体のペルチェ効果に基づき得る熱電冷却器など、
冷媒を移動または循環させる必要なく冷却能を提供することができることにより、特に興味深い。
【０００５】
磁気熱量効果に基づいた代替的冷却技術の１つは、いわゆる断熱消磁冷凍（ＡＤＲ）である。これは、常磁性スピン系の磁気熱量効果を利用する。完全に無寒剤であるにもかかわらず、この技術はこれまで、実験室環境で低温を提供するのにほとんど使用されていない。これは、２つの制限によるものであり、（ｉ）ＡＤＲ技術はシングルショット方法として一般に採用され、すなわち、常磁性冷媒がさらなる使用のために再生することが必要になるまで低温がほんの一時的に生じ得る。これにより、永久冷却が必須である多くの科学的応用に対してＡＤＲの使用が限定される。（ｉｉ）実行可能なサイズおよび費用の実験室用装置におけるＡＤＲ技術によって達成され得る冷却能は、寒剤に基づいた一般的な冷却技術と比較して小さい。第２の制限は、冷却装置内の試料を交換することが、試料ステージ（試料が接続される）が冷却装置内で強固に支持される場合にのみ行われ得るので、時間節約のための試料装填器の使用を妨げる。強力な機械的支持の要件は通常、ＡＤＲ冷却器の冷却能を一般に超える大きい熱リークをもたらす。要するに、ＡＤＲ技術によって提供されるような急速な試料交換および小さい冷却能は、これまで相互排他的であった。当然のことながら、これは、例えば低温ペルチェ冷却器など、小さい冷却能のその他の冷却技術を同程度に説明している。
【０００６】
米国特許出願公開第２０１２／０１０２９７５号の文献は、無寒剤冷却装置を開示している。この装置は、作業領域を囲む放射遮蔽体を備え、真空チャンバ内に配置される。無寒剤冷却ステージは、放射遮蔽体に結合される。試料の予冷もまた提供される。
【０００７】
Ｐ．Ｊ．Ｓｈｉｒｒｏｎらによる「Ａ  ｍｕｌｔｉ−ｓｔａｇｅ  ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｄｕｔｙ  ａｄｉａｂａｔｉｃ  ｄｅｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ  ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ」，１９９９  Ｃｒｏｙｇｅｎｉｃ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ｐａｐｅｒ  ＣＣＢ−３では、センサを冷却するための多段階ＡＤＲ装置（ＡＤＲ−断熱消磁冷凍機）が開示されている。
【０００８】
米国特許出願公開第２０１５／０２９２７８２号の文献は、固体冷凍機の冷凍ピルを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／０１０２９７５号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１５／０２９２７８２号明細書
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｐ．Ｊ．Ｓｈｉｒｒｏｎらによる「Ａ  ｍｕｌｔｉ−ｓｔａｇｅ  ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｄｕｔｙ  ａｄｉａｂａｔｉｃ  ｄｅｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ  ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ」，１９９９  Ｃｒｏｙｇｅｎｉｃ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ｐａｐｅｒ  ＣＣＢ−３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
目的は、試料を低温まで冷却するための改良された技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一態様では、請求項１に記載の冷却装置を開示する。さらなる実施形態は、従属請求項の主題である。
【００１３】
真空チャンバと、第１の冷却器と、試料ステージと、第２の冷却器と、試料装填器とを備える、試料を冷却するための無寒剤冷却装置を提供する。第１の冷却器および第２の冷却器は、無寒剤冷却器である。液体寒剤の添加は、第１の冷却器および第２の冷却器を操作するのに不要である。第１の冷却器は、主熱浴を提供する真空チャンバ内で第１の温度を生じるように構成される。第２の冷却器は、試料が配置される試料ステージと接続している。第２の冷却器は、試料ステージに第２の温度を提供するように構成される固体冷却器であり、第２の温度は第１の温度とは異なる。第２の温度は、第１の温度より高くても、または低くてもよい。試料装填器は、第１の冷却器および第２の冷却器を操作しながら、試料を交換するように構成される。試料装填器は、真空チャンバ内の真空を維持しながら、試料を交換するように構成することができる。試料装填器は、３０分以内に試料を交換することを可能にし得る。
【００１４】
試料ステージは、試料ステージが主熱浴から熱的に分離されるように、低熱伝導率の第１の機械的懸架部によって真空チャンバ内に保持される。第１の機械的懸架部は、０．１Ｗ／（Ｋ  ｍ）未満の熱伝導率を有することができ、例えば、熱伝導率は、２．５×１０−４Ｗ／（Ｋ  ｍ）以下であり得る。例えば、試料ステージの５０ｍＫの温度、および試料ステージの取付点の５００ｍＫの温度を仮定すると、第１の機械的懸架部の熱伝導率は、２５ｎＷ未満の熱リークを生じるのに十分低くてもよい。第１の機械的懸架部の低熱伝導率により、試料ステージに接続される第２の冷却器は、非常に低い冷却能を有するにもかかわらず、第１の冷却器によって提供された温度より著しく小さい温度を提供することができる。例えば、第１の冷却器によって提供された４Ｋの温度を仮定すると、第２の冷却器は、場合により数μＷの冷却能を有するにもかかわらず、数ｍＫの温度を提供することができる。第１の機械的懸架部は、低熱伝導率の複数の第１の繊維によって提供される。第１の繊維は、直径０．１ｍｍ未満または０．０２ｍｍ未満の厚さを有することができる。良好な熱分離を提供する任意の懸架部、例えば、ポリアラミド繊維（例えばケブラー、トワロンなど）、ポリアミド繊維（例えばナイロン）、ステンレス鋼、白金−タングステン（Ｐｔ９２Ｗ８）ワイヤ、箔のストライプ（例えばカプトン）、プラスチックの細いロッド（例えばポリイミドＶｅｓｐｅｌ  ＳＰ５、Ｖｅｓｐｅｌ  ＳＰ２２）、ガラス、またはセラミック（例えばアルミナ）などの繊維またはワイヤが適用できる。次に、低熱伝導率の支柱／繊維に好適な材料の熱伝導率データを示す。データは、「Ｔｈｅ  Ａｒｔ  ｏｆ  Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓ」，Ｇｕｇｌｉｅｌｍｏ  Ｖｅｎｔｕｒａ，Ｌａｒａ  Ｒｉｓｅｇａｒｉ（２００８）から取得している。熱伝導率Ｋは、Ｋ＝ａＴｎとして算出され、式中、Ｔは温度であり、ａおよびｎは経験的に決定されたパラメータである。Ｔの有効範囲に関して、「Ｔｈｅ  Ａｒｔ  ｏｆ  Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓ」，Ｇｕｇｌｉｅｌｍｏ  Ｖｅｎｔｕｒａ，Ｌａｒａ  Ｒｉｓｅｇａｒｉ（２００８）を参照されたい。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
部品を別の部品または熱浴から熱的に分離するために使用される本明細書に記載のすべての機械的懸架部では、第１の機械的懸架部に開示した特徴が適用される。
【００１７】
試料ステージは、試料との電気的接続を確立する電気コネクタを備えることができる。試料ステージは、試料に光アクセスを提供する光コネクタを備えることができる。試料ステージは、いくつかの磁場および／または温度センサを備えることができる。試料ステージは、加熱器を備えることができる。試料ステージは、本出願に記載の冷却装置で使用することができる。あるいは、本明細書に記載するような試料ステージはまた、他の冷却器、例えば１つ以上の寒剤を用いる冷却器で使用することができる。
【００１８】
第１の冷却器は、パルス管冷凍機（またはパルス管極低温冷凍機）などの機械的冷却器であってもよい。あるいは、第１の冷却器は、スターリング極低温冷凍機、またはギフォードマクマホン（ＧＭ）冷凍機であってもよい。第１の冷却器は、多段階冷却器であってもよい。これは、いくつかの冷却ステージを含むことができ、各冷却ステージは他のステージによって提供された温度とは異なる温度を提供する。一実施形態では、第１の冷却器は、二段階冷却器であってもよい。第１の冷却器の第１の冷却ステージは、４０Ｋ〜７０Ｋの範囲の遮蔽目的のために第１の熱浴に第１の温度を提供するように構成されてもよい。第１の冷却器の第２の冷却ステージは、２Ｋ〜４Ｋの範囲の主熱浴に第２の温度を提供するように構成されてもよい。第１の冷却器は、予冷ユニットと考えられ得る。
【００１９】
第２の冷却器は、磁気冷却器、断熱消磁冷凍機（ＡＤＲ）、バロカロリック冷凍機、または熱電冷却器、例えばペルチェクーラであってもよい。断熱消磁冷凍機は、軌道ＡＤＲまたは核ＡＤＲであってもよい。断熱消磁冷凍機はまた、ＡＤＲステージと呼ぶことができる。
【００２０】
第２の冷却器は、多段階冷却器であってもよい。例えば、冷却装置の実施形態は、第２の冷却器内に１〜８個の任意の数のＡＤＲステージを有することができる。ＡＤＲステージは、直列もしくは並列、またはこれらの任意の組み合わせで配置することができる。ＡＤＲステージ間の接続は、熱スイッチによって提供することができる。それ故に、多くの冷却要件、例えば、超低温の一時的発生、極低温の連続的発生、または冷却能増大時の低温の連続的生成が満たされ得る。より多くのＡＤＲステージが結合されるほど、提供され得るよりも低い温度および／またはより高い冷却能になる。第２の冷却器が少なくとも３つのＡＤＲステージを含む多段階冷却器である場合、これは数ミリケルビン（例えば５０ｍＫ）の超低温を連続的に提供するように構成することができる。シングルショットモードでは、温度は、５０ｍＫ未満であってもよい。
【００２１】
各ＡＤＲステージは、磁石（例えば、超伝導磁石）と、ＡＤＲ冷媒として機能する磁気熱量材料と、熱スイッチと、加熱器と、１つ以上の磁場および／または温度センサとを備えることができる。熱スイッチが機械的熱スイッチである場合、熱スイッチを操作するために使用されるアクチュエータ（例えばモータ）はまた、ＡＤＲステージの一部であってもよい。
【００２２】
各個々のＡＤＲステージによって提供される温度は、例えば、ＡＤＲステージの数、使用されるＡＤＲ冷媒の量、主熱浴および中間ＡＤＲステージによって提供される熱浴によって提供される最低温度、ならびに各個々のＡＤＲステージで提供される磁場によって提供される最低温度など、所望の冷却特性に従って構成され得る様々なパラメータに依存する。これらのパラメータを調整することによって、例えば低温での高い冷却能、または超低温での低冷却能など、いくつかの冷却要件を満たすことができる。
【００２３】
冷却装置の一実施形態では、第２の冷却器は、冷媒および超伝導磁石を備える断熱消磁冷凍機であり、超伝導磁石は冷媒の体積にわたって磁場勾配を最小限にするようないくつかのコイルを備える。さらに、第２の冷却器は、超伝導磁石の浮遊磁場を減少させるように構成される少なくとも１つの補償コイルを備えることができる。
【００２４】
あらゆるＡＤＲステージの超伝導磁石は、磁場勾配を最小限にするようないくつかのコイル部を備えることができる。各個々のＡＤＲステージは、独自の超伝導磁石を備えることができる。さらに、各ＡＤＲステージは、超伝導磁石の浮遊磁場を減少させるように構成される補償コイルを備えることができる。加えて、いくつかの補償コイルは、浮遊磁場を減少させるために使用することができる。一実施形態では、超伝導磁石は、３個からなるヘルムホルツ設計でのコイル部を備えることができる。中央コイル部は、２つの同一の外側コイル部の間に配置することができる。中央コイル部は、外側コイル間の中央に配置することができる。それにより、ＡＤＲ冷媒の全体積にわたって均一な磁場が提供され得る。加えて、補償コイルは、外側コイル部および中央コイル部を取り囲むことができる。補償コイルは、３個からなるヘルムホルツ設計の浮遊磁場を減少させることができる。
【００２５】
別の実施形態では、超伝導磁石は、ソレノイドであってもよい。補償コイルは、ソレノイドの浮遊磁場を減少させるために使用することができる。補償コイルおよびソレノイドは、補償コイルおよびソレノイドが単一の電流源を用いて作動することができるように、単一ワイヤを用いて巻き付けることができる。
【００２６】
好適な磁気熱量材料、例えば、鉄アンモニウムミョウバン（ＦＡＡ）、クロムカリウムミョウバン（ＣＰＡ）、硝酸セリウムマグネシウム（ＣＭＮ）、ランタン希釈ＣＭＮ、カドリニウムガリウムガーネット（ＧＧＧ）、二フッ化カドリニウム（ＧｄＦ２）、カドリニウムフッ化リチウム（ＧＬＦ）、重フェルミオン材料（例えばＣｅＣｕ６）、量子臨界揺らぎを示す材料、高純度元素（例えば銅、アルミニウム）、およびこれらの任意の組み合わせは、大きな磁気熱量効果を示すか、または低磁気秩序化温度を有する。
【００２７】
第２の冷却器の固形冷媒は、底部および側壁を有するケース内に配置することができ、ケースは一体設計で形成され、蓋によって封止される。
【００２８】
冷媒は、いわゆるソルトピルとして提供することができる。ソルトピルは、（化学的意味において）塩で必ずしも充填される必要はない。「ソルトピル」という用語は、例えば、ガーネット、金属化合物、純元素などの他のＡＤＲ冷媒にも使用される。ソルトピルは、ケースを備えることができる。ケースは、円筒形状を有することができる。これは、ステンレス鋼から作製することができる。ケースは、一体設計で形成される底部および円筒形の側壁を有することができる。ケースは、例えば低温溶接によって、ケースに溶接され得る蓋によって封止することができる。ケースの内部には、熱マトリックスおよび磁気熱量材料が配置され得る。さらに、熱バスは、ケース内に配置することができる。熱バスの上端および下端は、ケースの各端部で突出することができる。熱バスは、高熱伝導率の材料から作製することができる。熱マトリックスは、板材として提供することができ、ケース内に規則的パターンを形成することができる。あるいは、互いに噛み合う２つの熱マトリックスが形成され得る。この熱マトリックス／複数の熱マトリックスは、銅から形成することができる。この熱マトリックス／複数の熱マトリックス、および磁気熱量材料は、ケース内に鏡面対称で配置することができる。
【００２９】
ソルトピルは、低熱伝導率の機械的ソルトピル懸架部によってＡＤＲステージの磁石の孔内に懸架することができる。機械的ソルトピル懸架は、低熱伝導率の複数の支柱または繊維によって提供することができる。
【００３０】
ソルトピルは、ピル放射遮蔽体によって取り囲むことができる。ピル放射遮蔽体は、円筒形であってもよい。ピル放射遮蔽体は、高熱伝導率材料から作製することができる。ピル放射遮蔽体は、超断熱箔によって覆うことができる。ピル放射遮蔽体は、熱浴、例えば別のＡＤＲステージに熱的に固定することができ、したがってソルトピルに作用する放射熱リークを減少させる。ピル放射遮蔽体は、低熱伝導率の機械的ピル放射遮蔽体懸架部、例えば複数の低熱伝導率の支柱または繊維によって、ＡＤＲステージの磁石から懸架することができる。
【００３１】
以下の手順は、例えば、鉄アンモニウムミョウバン（ＦＡＡ）、硝酸セリウムマグネシウム（ＣＭＮ）、またはクロムカリウムミョウバン（ＣＰＡ）などの溶液が調製され得るＡＤＲ冷媒のソルトピルを形成するのに使用することができる。熱マトリックスは、ケースの内部に提供することができる。熱マトリックスは、高熱伝導率の材料で作製することができる。熱マトリックスは、例えば金めっきによって不活性にすることができる。磁気熱量材料の食塩水は、ケースに充填することができる。食塩水から、結晶が成長し、固形の磁気熱量材料を形成する。次に、蓋は、それを封止するためにケースに溶接することができる。電子ビーム溶接またはレーザビーム溶接は、溶接中にＡＤＲ溶媒の温度を低く保つために使用することができる。単一の溶接工程は、ソルトピルのこの実施形態で必要である。ソルトピルは、本明細書に記載の冷却装置で使用することができる。これはまた、ＡＤＲ原理に基づいて他の冷却器とともに使用することができる。
【００３２】
以下の手順は、ガドリニウムガリウムガーネット（ＧＧＧ）、ジスプロシウムガリウムガーネット（ＤＧＧ）、カドリニウムリチウムフルオライト（ｇａｄｏｌｉｎｉｕｍ  ｌｉｔｈｉｕｍ  ｆｌｕｏｒｉｔｅ）（ＧＬＦ）、または銅など、溶液が調製され得ないＡＤＲ冷媒のピルを形成するのに使用することができる。熱マトリックスは、ケースの内部に提供することができる。熱マトリックスは、高熱伝導率の材料で作製することができる。熱マトリックスは、ＡＤＲ冷媒を挟み、かつ例えば低温溶接によってロッドに取り付けられる、ロッドおよびディスクを備えることができる。熱マトリックスは、例えば金めっきによって不活性にすることができる。熱マトリックスは、熱マトリックスとＡＤＲ冷媒との間の熱抵抗を低下させるように潤滑油またはインジウム箔の薄層で覆うことができる。蓋は、それを封止するためにケースに溶接することができる。電子ビーム溶接またはレーザビーム溶接は、溶接中にＡＤＲ溶媒の温度を低く保つために使用することができる。ソルトピルは、本明細書に記載の冷却装置で使用することができる。これはまた、ＡＤＲ原理に基づいて他の冷却器とともに使用することができる。
【００３３】
第２の冷却器は、モジュール式の組立体で提供することができる。例えば、１つのＡＤＲステージのみを冷却装置に最初に提供することが可能である。追加のＡＤＲステージは、上述のように追加の操作を提供するために次々に追加することができる。
【００３４】
真空チャンバは、蓋、底部、および壁を備えることができる。底部および壁は、容器を形成する一体として製造することができる。容器は、円筒形であり得る。容器は、ステンレス鋼で作製することができる。真空チャンバは、容器を排気して容器を封止する、いくつかのフランジおよび弁を備えることができる。真空チャンバの蓋は、１つ以上のシールによって容器を封止することができる。蓋は、例えば、電気配線、光ファイバ、伝達軸、真空部品の取付具、予冷器の取付具、および試料搬送用のフィードスルーとして機能し得る、いくつかの開口部を備えることができる。開口部は、標準的真空部品、例えば真空フランジ、真空弁などを取り付け可能にするように形成することができる。
【００３５】
冷却装置は、第１の放射遮蔽体を備えることができる。第１の放射遮蔽体は、蓋、底部、および壁を備えることができる。第１の放射遮蔽体の壁は、直径の異なるいくつかの円筒部品から構成され得る。第１の放射遮蔽体は、高熱伝導率材料で作製することができる。第１の放射遮蔽体は、超断熱箔によって覆うことができる。第１の放射遮蔽体は、第１の冷却器によって提供された第１の熱浴に熱的に固定することができる。第１の放射遮蔽体は、例えば低熱伝導率の支柱または繊維を用いて、機械的な第１の放射遮蔽体懸架部によって真空チャンバの蓋から懸架することができる。いくつかの支柱は、例えば振動および横移動に対してアセンブリ全体の機械的安定性を高める追加の支柱、繊維、または板材によって接続することができる。第１の放射遮蔽体は、配線および機械的伝達軸に予冷を提供する、いくつかの熱アンカーを備えることができる。第１の放射遮蔽体は、試料を第１の放射遮蔽体の内部に移動させるのを可能にする第１の試料フィードスルーを備えることができる。可動な第１のバッフルは、第１の試料フィードスルーが閉じられ得るように第１の放射遮蔽体の蓋に取り付けることができる。第１のバッフルは、第１の回転軸によって操作することができる。単一の第１の回転軸は、異なる温度で複数のバッフルを駆動するために使用することができる。第１の回転軸の動きは、第１のモータによって駆動することができる。
【００３６】
冷却装置は、第２の放射遮蔽体を備えることができる。第２の放射遮蔽体は、蓋、底部、および壁を備えることができる。第２の放射遮蔽体は、円筒形であり得る。第２の放射遮蔽体は、高熱伝導率材料で作製することができる。第２の放射遮蔽体は、超断熱箔によって覆うことができる。第２の放射遮蔽体は、第１の冷却器によって提供されるように主熱浴に熱的に固定することができる。第２の放射遮蔽体は、例えば低熱伝導率の支柱または繊維を用いて、機械的な第２の放射遮蔽体懸架部によって第１の放射遮蔽体の蓋から懸架することができる。いくつかの支柱は、例えば振動および横移動に対してアセンブリ全体の機械的安定性を高めるために追加の支柱、繊維、または板材によって接続することができる。第２の放射遮蔽体は、配線および機械的伝達軸に予冷を提供する、いくつかの熱アンカーを備えることができる。第２の放射遮蔽体は、試料を第２の放射遮蔽体の内部に移動させるのを可能にする第２の試料フィードスルーを備えることができる。可動な第２のバッフルは、第２の試料フィードスルーが閉じられ得るように第２の放射遮蔽体の蓋に取り付けることができる。第２のバッフルは、第２の回転軸によって操作することができる。第２の回転軸の動きは、第２のモータによって駆動することができる。あるいは、第１および第２のバッフルは、同じ（第１または第２の）回転軸および同じ（第１または第２の）モータによって駆動することができる。
【００３７】
冷却装置は、試料ステージ、例えば試料位置に磁場を提供するように構成される試料磁石を備えることができる。試料磁石は、例えば低熱伝導率の支柱または繊維を用いて、機械的な試料磁石懸架部によって真空チャンバの蓋から懸架することができる。支柱は、２つの部分で作製することができ、第１の部分は第１の冷却器の第１のステージによって提供されるような第１の熱浴によって予冷することができ、第２の部分は第１の冷却器の第２のステージによって提供されるような主熱浴によって冷却することができる。
【００３８】
試料磁石は、ソレノイド、ベクトル磁石、永久磁石、またはスプリットペア型磁石であってもよい。試料磁石は、超伝導磁石であってもよい。超伝導の試料磁石は、高温超伝導体（ＨＴＳ）から作製することができる。ＨＴＳ磁石は、第１の放射遮蔽体に囲まれ、第１の冷却器の第１の冷却ステージによって提供されるような第１の熱浴に熱的に結合され得る。超伝導の試料磁石はまた、低温超伝導体（ＬＴＳ）から作製することができる。ＬＴＳ磁石は、第２の放射遮蔽体に囲まれ、第１の冷却器の第２の冷却ステージによって提供されるように主熱浴に熱的に結合され得る。電流は、熱負荷を低減するために第１の熱浴と主熱浴との間に取り付けられたＨＴＳ電流リードを用いて試料磁石に供給することができる。
【００３９】
冷却装置は、熱バス、すなわち、真空チャンバで囲まれる部品を主熱浴に接続するのを可能にする機械的アセンブリを備えることができる。一実施形態では、熱バスは、高熱伝導率の材料で作製することができる。高熱伝導率材料を指す本明細書に記載の熱バスおよびすべての他の部品のための好適な材料は、サファイア、高純度金属、アルミニウム、銅、酸素減少銅、銀、金、およびこれらのアニールされたものである。これは、溶接、電子ビーム溶接、レーザ溶接、はんだ付け、ろう付け、圧入、または糊付けによって接合される、いくつかの部分から製造することができる。熱バスとの接続は、高熱伝導率の剛性または可撓性接続を用いて行うことができる。一実施形態では、この接続は、銅編組であってもよい。
【００４０】
冷却装置は、数ミリケルビン〜３００Ｋ（室温）の範囲の温度を提供するように構成することができる。
【００４１】
冷却装置は、試料ステージを囲む試料放射遮蔽体を備えることができる。試料放射遮蔽体は、高熱伝導率の材料から作製することができる。試料放射遮蔽体は、円筒形であり得る。試料放射遮蔽体は、試料放射遮蔽体が主熱浴から熱的に分離されるように、低熱伝導率の第２の機械的懸架部によって真空チャンバ内に保持することができる。一実施形態では、第２の機械的懸架部は、低熱伝導率の複数の第２の繊維によって提供することができる。試料放射遮蔽体は、第２の冷却器によって提供された熱浴に熱的に固定することができる。
【００４２】
冷却装置は、試料ステージを保持し、かつ試料が交換される間、主熱浴に熱リンクを提供するように構成される（または操作され得る）試料ステージ係止器をさらに備えることができる。
【００４３】
一実施形態では、試料ステージ係止器は、ロック解除位置とロック位置との間で可動である１つ以上の軸を備えることができる。ロック解除位置では、１つ以上の軸は、試料ステージと接触しない。ロック位置では、１つ以上の軸は、試料ステージと接触し、それを適所に保持する。
【００４４】
別の実施形態では、試料ステージ係止器は、ロック解除位置とロック位置との間で可動であるクランプを備えることができる。ロック解除位置では、クランプは、試料ステージと接触しない。ロック位置では、クランプは、試料ステージと接触し、それを適所に保持する。
【００４５】
試料ステージ係止器は、直接的に、または伝達軸、ギヤ駆動、駆動ベルト、駆動チェーン、もしくはこれらの組み合わせによって、モータによって作動することができる。試料ステージ係止器はまた、磁場によって作動することができる。
【００４６】
試料ステージ係止器はまた、主熱浴の温度まで試料の急速な予冷、それ故により短い試料回転時間を可能にし、かつ主熱浴の温度より高い温度での優れた温度安定性のための制御された熱リークを提供するために構成することができる。
【００４７】
試料ステージ係止器は、本出願に記載するような冷却装置に使用することができる。あるいは、本明細書に記載するような試料ステージ係止器はまた、他の冷却器、例えば１つ以上の寒剤を用いる冷却器に使用することができる。
【００４８】
熱スイッチは、機械的熱スイッチ、パッシブガスギャップ型熱スイッチ、アクティブガスギャップ型熱スイッチ、または超伝導熱スイッチであってもよい。複数のＡＤＲステージを備える実施形態では、試料ステージに接続されたＡＤＲステージは、超伝導熱スイッチを介してその予冷ＡＤＲステージと結合することができる。他のＡＤＲステージは、機械的熱スイッチによって結合することができる。機械的熱スイッチの筐体は、例えば低熱伝導率の支柱または繊維を用いて、機械的熱スイッチ懸架によって熱主浴から熱的に分離することができる。
【００４９】
次に、図面を参照して実施形態を開示する。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１ａ】冷却装置の概略図である。
【図１ｂ】冷却装置である。
【図２】試料放射遮蔽体を含む試料ステージである。
【図３】試料ステージ係止器である。
【図４】機械的熱スイッチである。
【図５】図４の熱スイッチの作動原理である。
【図６】図４の熱スイッチの懸架機構の概略図である。
【図７】超伝導磁石である。
【図８】図７の磁石用の電源コネクタである。
【図９】磁石と電源コネクタとを組み合わせた正面図である。
【図１０】ソルトピルの概略図である。
【図１１】図１０のソルトピルの概観図である。
【図１２】ソルトピルの別の実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
図１ａは、冷却装置の概略図を示す。真空容器１０１内部の第１の冷却器１００、例えばパルス管冷却器によって低温（例えば４Ｋ）が提供される。試料は、試料装填器１０２を用いて真空容器１０１に導入することができる。試料は、試料ステージ４上に装填され、（例えば、試料の装填中に）試料ステージ係止器１０５によって適所に係止することができる。試料ステージ４は、試料の位置に磁場を提供するために使用される試料磁石１０４によって囲まれる。第２の冷却器は、１つまたは複数のＡＤＲステージ１０６であり得る。１〜８個のＡＤＲステージ１０６があり得る。複数のＡＤＲステージ１０６は、多段階操作のために組み合わせることができる。各ＡＤＲステージ１０６は、熱スイッチ１０７と、磁気冷媒１０８と、磁石１０９、例えば超伝導磁石とを備える。第１のＡＤＲステージ１０６は、熱スイッチ１０７を介して高熱伝導接続１０３によって第１の冷却器に接続される。その後のＡＤＲステージ１０６は、それぞれの熱スイッチ１０７を介して互いに接続される。最後のＡＤＲステージ１０６は、試料ステージ４に結合される。
【００５２】
内蔵型ＡＤＲステージの数に応じて、以下の主要動作モードが実現可能である。
【００５３】
単一ＡＤＲステージを用いる一段階操作（モード）：主熱浴とＡＤＲステージとの間の熱スイッチが閉じている間、冷媒がＡＤＲステージの磁石に電流を印加することによって磁化される。磁化によって発生した熱は、主熱浴によって吸収される。完全磁化状態および主熱浴の温度までの緩和に応じて、単一ＡＤＲステージは、熱スイッチを開くことによって主熱浴から分離され、磁場を取り除くことによって消磁される。ＡＤＲステージおよびそれに接続された試料ステージの温度はそれにより、使用される磁気熱量材料に応じてより低い温度まで低下する。冷媒の冷却能が消耗した後、このシステムは、主熱浴の温度まで加温し、冷媒は再磁化されなければならない。この種の操作はまた、シングルショット操作とも呼ばれる。
【００５４】
２つ以上のＡＤＲステージを用いる多段階操作（モード）：それぞれの熱スイッチが閉じている間、すべてのＡＤＲステージが磁化される。すべてのステージの完全磁化状態に応じて、主熱浴と第１のＡＤＲステージとの間の熱スイッチは開かれ、第１のＡＤＲステージは消磁され、それ故にその温度は低下する。すべてのＡＤＲステージが第１のＡＤＲステージの最終温度に達すると、次の熱スイッチが開かれ、残りのＡＤＲステージが次のＡＤＲステージの最終温度まで冷却される。この手順は、すべての利用可能なＡＤＲステージに対して繰り返される。あるいは、任意のより低いＡＤＲステージは、前のＡＤＲステージの温度で等温磁化することができる。最終ＡＤＲステージの冷却能が消耗した後、このシステムは、主熱浴の温度（例えば４Ｋ）まで加温され、ＡＤＲステージは再磁化されなければならない。
【００５５】
３つ以上のＡＤＲステージを用いる連続操作（モード）：ＡＤＲステージが段階的に磁化される。最終ＡＤＲステージが試料ステージの温度制御に使用される間、これは試料温度を安定に保つように一定の温度で前のＡＤＲステージ（複数可）によって再生される。最終ＡＤＲステージが再生されると、前のＡＤＲステージは、それ自体の前のＡＤＲステージによって再生される。これは、主熱浴に接続される第１のＡＤＲステージまで進行する。
【００５６】
すべての前述の操作モードでは、個々のＡＤＲステージの磁化熱はまた、最終ＡＤＲステージおよびそれに取り付けられた試料ステージの加熱を達成するために使用することができる。
【００５７】
図１ｂは、冷却装置の一実施形態の図を示す。これは、真空容器１１２内に取り付けられる機械的二段階の第１の冷却器１１０を備える。真空容器１１２は、複数の開口部１１１を有し、この開口部は配線、光ファイバ、または伝達軸用のフィードスルーとして機能することができる。第１の放射遮蔽体１１４は、低熱伝導率の支柱１１３によって真空容器１１２の上部から懸架される。第１の放射遮蔽体１１４は、第１の冷却器１１０の第１のステージに熱的に固定される。第２の放射遮蔽体１２２は、熱バス１１８によって冷却器１１０の第２のステージに熱的に固定され、低熱伝導率の支柱１１３を用いて第１の放射遮蔽体１１４の上部から懸架される。第２の放射遮蔽体１２２は、この実施形態では多段階ＡＤＲである第２の冷却器を囲む。明確さのためにのみ、２つの磁石１２３ａおよび１２３ｂならびに熱スイッチ１２０を示す。磁石は、それらの主磁場が真空容器１１２の壁に対して平行（磁石１２３ａ）または垂直（磁石１２３ｂ）に配向されるように取り付けることができる。冷媒は、磁石孔１２４の内部に配置される。これは、熱リークを最小限にするように繊維、例えばアラミド繊維（例としてケブラー）の細い素線上で磁石孔１２４の内部に懸架することができる。試料ステージ（詳細は図２参照）は、超低温ステージ１１９と、試料放射遮蔽体１１６とを備える。超低温ステージ１１９は、第２の冷却器によって冷却され、試料の装填中に超低温ステージ１１９により高い力およびトルクを可能にするために試料ステージ係止器１２１を用いて機械的に固定することができる。したがって、試料は、加温または分解せずに実行システムに直接装填することができる。試料は、装置内部の第２の真空容器によって引き起こされる熱リークを避けるように断熱用真空に直接装填される。放射熱リークを避けるために、装填スロットは、例えば第１の放射遮蔽体１１４および第２の放射遮蔽体１２２に取り付けられたバッフルを用いて、試料を装填しないときに閉鎖することができる。超低温ステージ１１９は、低熱伝導率の機械的懸架によって試料放射遮蔽体１１６の内部に取り付けられる。試料ステージは、低熱伝導率の高弾性率繊維、例えばポリアラミド繊維によって試料磁石１１７の内部に取り付けられる。試料磁石１１７は、低熱伝導率の支柱によって真空容器１１２に取り付けられる。試料磁石１１７は、従来の低温超伝導体（例えば、４Ｋまで冷却される）、または高温超伝導体（例えば、４０Ｋまで冷却される）から作製することができる。
【００５８】
図２は、試料ステージ４を示す。試料ステージ４は、試料放射遮蔽体１１６を備え、その内部には、超低温ステージ１１９が配置される。１つ以上の試料は、超低温ステージ１１９に配置することができる。試料放射遮蔽体１１６は、複数の細い（例えば厚さ０．０２ｍｍ）高弾性率繊維（例えばケブラーのようなアラミド繊維）を用いてリング１２、１３によって真空容器の内部に取り付けられ、より高温のＡＤＲステージに熱的に固定される。超低温ステージ１１９は、歪み機構１４から穴１５、１６を通って超低温ステージ１１９に走行する細い（例えば厚さ０．０２ｍｍ）高弾性率繊維（例えばケブラーのようなアラミド繊維）に張力を加えるために使用される歪み機構１４を用いて放射遮蔽体１１６の内部に取り付けられる。
【００５９】
試料ホルダ１７は、取り外し可能な外部マニピュレータ（図示せず）によって、冷却装置の外部から試料放射遮蔽体１１６の開口部を通って移動させることができる。超低温ステージ１１９への熱接触、および超低温ステージ１１９の機械的安定化は、最初に軸２５（図３参照）を穴１８に通し、それによりその軸を係止することによって確立される。係止されると、マニピュレータは、試料ホルダ１７をばね１９に押し付けるために使用される。あるいは、試料ホルダ１７を超低温ステージ１１９に保持するためにねじが使用され得る。その後、外部マニピュレータは取り外される。超低温ステージ１１９への熱流を最小限にするために、試料ステージはその後、開けられる。
【００６０】
試料放射遮蔽体１１６は、円筒形状を有する。試料放射遮蔽体１１６は、共通平面で配置される３つの穴１８を有する。穴１８は、互いに均一に分離される。試料放射遮蔽体１１６は、高熱伝導率を有する材料、例えば銅、銀および金などの高純度金属で作製することができる。遮蔽体は、放射熱をさらに減少させるために超断熱箔でさらに覆うことができる。
【００６１】
図３は、試料ステージ係止器１２１を示す。試料ステージ係止器１２１は、試料ホルダ１７を超低温ステージ１１９に装填する間、および試料ホルダ１７を超低温ステージ１１９から取り外す間、力およびトルクを吸収するために使用される。熱リークを避けるために、試料ステージ係止器１２１は、ロック解除状態で試料ステージ４に触れるものではない。試料ステージ係止器１２１は、低温（例えば４Ｋ）で動作しなければならず、作動時に過度の加熱を生じさせることはできない。自己潤滑性ベアリングは、摩擦を減少させ、その結果として、動作中の加熱を減少させるために軸およびレバー接合体に使用することができる。自己潤滑性ベアリングは、例えばＴｅｆｌｏｎ、ＰＥＥＫ、またはＶｅｓｐｅｌで作製することができる。
【００６２】
試料ステージ係止器１２１は、内部領域２６を備える。試料ステージ４（図２参照）は、外軸によってテーパベアリング２１を回転させることによって係止することができる。これは、主軸２２の回転をもたらし、この回転はリング２８を移動させる。リング２８は、内部領域２６に向かう軸２５の運動をもたらすトグルレバー２４を移動させ、試料ステージ４を適所に固定する。停止要素２７は、停止接触をもたらす。リング２８は、低温での運動を促進するために自己潤滑性シェル２９内に取り付けられる。アセンブリ全体は、高熱伝導率材料で作製された主リング２３に取り付けられる。リングは、様々な材料、例えばアルミニウム、真鍮、または銅で作製することができる。すべての可動部は、低温であっても運動がまだ可能であるように機械加工される必要がある。
【００６３】
図４は、ＡＤＲステージを接続する機械的熱スイッチの一実施形態を示す。ＡＤＲ原理を働かせるために、磁化または消磁、すなわち、加温または冷却するときにそれぞれ、ＡＤＲステージを互いに熱的に分離する必要がある。したがって、熱スイッチは、２つの熱浴を切り離すことが必要であり、同じ温度であってもよく、または同じ温度でなくてもよい。切替処理は、機械的に駆動され、したがって機械的接触は熱接触である。しかし、機械的熱スイッチアセンブリをより高温のステージ（例えば４Ｋ）に取り付けて、低温ステージに対する熱リークを最小限にしながら２つのより低温のステージ間のスイッチを作動させることが可能である。これにより、超低温ＡＤＲステージでの熱スイッチの使用が可能となる。
【００６４】
熱接触は、第１の熱浴３０と第２の熱浴３１との間で確立することができ、同じ温度または異なる温度であり得る。第１の熱浴３０は、低熱伝導率の機械的懸架によって第１の懸架部３２で固定される。次に、第１の懸架部３２は、基板３３によって保持される。第２の熱浴３１は、第１の熱浴３０に取り付けられる第２の懸架部３４で固定される。第２の熱浴３１と第２の懸架部３４との間の最小の熱コンダクタンスは、非常に細い（例えば厚さ０．０２ｍｍ）高弾性率繊維（例えばケブラーのようなアラミド繊維）を用いて第１の熱浴で第２の懸架部を固定することによって達成される。繊維は、歪み機構３５によって締め付けられる。この設定により、基板３３の温度は繊維懸架によって最小熱リークを生じさせながら、第１の熱浴３０および第２の熱浴３１の温度とは異なることが可能となる。
【００６５】
図５は、第１の熱浴３０と第２の熱浴３１との間の機械的熱スイッチの原理を示す。第１の熱伝導部４０と第２の熱伝導部４１との間の接続は、引張り軸４２を回転させることによって確立することができ、これは第１の熱伝導部４０に向かって移動する接点部品４３をもたらし、それにより第１の熱伝導部４０の可撓部４４を第２の熱伝導部４１に押し付ける。切替軸４２を他の方向に回転させるか、または解放することによって切断を達成することができ、これは第２の熱伝導部４１に向かって移動する接点部品４３をもたらし、可撓部４４が緩和し、その元の位置をとることを可能にする。切替軸４２は、自己潤滑性ベアリング４５（例えばポリエーテルエーテルケトンというＰＥＥＫで作製される）で取り付けられる。第１の熱伝導部４０および第２の熱伝導部４１は各々、互いに関して３次元調整を可能にする２つの点４６で懸架される。
【００６６】
図６は、図４の熱スイッチの懸架機構を示す。第１の熱浴５０および第２の熱浴５１は、繊維（例えばアラミド繊維）によって第１の懸架部５２および第２の懸架部５３でそれぞれ懸架される。繊維は、第１の懸架部５２の内部のねじ５５の内部に配置されるグルー接点５４に接着される。繊維は、ねじ５５を第１の懸架部５２から絞ることによって締め付けることができる。初張力は、ばね座金５６によって付与される。懸架部は、中心部品５０および５１の周囲に三重の回転対称を示すことができる。
【００６７】
ＡＤＲステージ（例えばソルトピル）の冷媒を均一に磁化または消磁するために、超伝導磁石が使用され得る。磁石によってもたらされた磁場プロファイルは、冷媒として機能する磁気熱量材料の体積全体にわたって一定であるべきである。この実施形態では、磁場勾配を最小限にするような磁石の一次コイルの３個からなるヘルムホルツ設計を選択した。磁石の寸法は、ソルトピルの形状に完全に適合する。コイル軸に沿って浮遊磁場を管理できるレベルまで減少させるために、一次コイルの周囲に単一円筒形の補償コイルを設計した。
【００６８】
図７は、超伝導磁石の軸線に沿って切断した概略図を示す。アルミニウムの一次コイル巻枠６０は、３個からなるヘルムホルツ形状で設計される。コイル巻枠６０はまた、ステンレス鋼で作製することができる。ヘルムホルツ設計は、一次コイルを形成する３つのコイル部６３、６４、６５を含む。第１のコイル部６３および第２のコイル部６５は同一である。第１のコイル部６３と第２のコイル部６５との間の中央に、第３のコイル部６４が配置される。第３のコイル部６４は、第１のコイル部６３および第２のコイル部６５とは異なる巻き数を有する。一次コイル部６３、６４、６５は、一次コイル巻枠６０に巻き付かれ、その一次コイル巻枠の周囲の補償コイル巻枠６２で組み立てられたスペーサ８０（図９）によって機械的に支持される。補償コイル巻枠６２は、例えば、アルミニウムまたはステンレス鋼で作製することができる。Ｃｕマトリックス中のＮｂＴｉ：Ｃｕマルチフィラメント超伝導体材料の単一ワイヤは、一次コイル部６３、６４、６５を巻き付けるために使用することができる。ＮｂＴｉ：Ｃｕマルチフィラメント超伝導体材料はまた、補償コイル６６に使用することができるが、第１のコイル部６３、第２のコイル部６４、および第３のコイル部６５の巻き線とは反対の方向に巻き付けることができる。
【００６９】
磁石全体を１つの電源のみで駆動するために、様々なコイルを互いに結び付けるための特殊な接合体が必要である。図８は、この原理の概略図を示す。この形状では、選択した７つのはんだ接合体７０は、アルミニウム支持体７１によって補償コイル巻枠６２内に機械的に懸架されるが、酸化アルミニウムスペーサ７２を用いて、その支持体から電気的に絶縁される要件で懸架される。
【００７０】
磁石アセンブリ全体を、図９に示す。補償コイル巻枠６２は、設定の機械的アンカーとして使用され、これはＮｂＴｉ：Ｃｕ材料をその超伝導相まで冷却するように４Ｋの温度で通常保持される。はんだ接合体７１ならびに一次コイル巻枠６０は、補償コイル巻枠６２に取り付けられる。一次コイル巻枠６０は、アルミニウムまたはステンレス鋼で作製されたスペーサ８０によって支持される。特殊な懸架部８１は、水平に、例えば試料装填機構と組み合わせられたクライオスタットで磁石アセンブリを使用するのを可能にする。
【００７１】
ＡＤＲ技術では、冷媒は、いわゆるソルトピルの形態で提供することができる。ソルトピルは、磁気熱量材料を保存し、かつそれらの材料を熱バスに熱的に接続するために使用される。次に、最適な充填率ならびに極高熱伝導率を提供するソルトピル設計を開示する。同時に、熱バスは、冷却器設計の柔軟性を可能にするようにソルトピルの両側に接続することができる。
【００７２】
図１０は、本明細書に開示する冷却器に好適なソルトピルを示す。ソルトピルはまた、ＡＤＲ原理に基づいて他のクライオスタットで使用することができる。ソルトピルは、主熱バス９０を備え、この熱バスはソルトピルの両側の他の部品に接続することができる。熱マトリックス９２ａ、９２ｂは、各々が高伝導率銅の単片から作製され、主熱バス９０に溶接される。熱マトリックス９２ａ、９２ｂは、ＡＤＲ溶媒の磁化または消磁中に渦電流加熱を減少させるためのスリットを備えることができる。ソルトピルは、ステンレス鋼製のケース９４に囲まれ、主熱バス９０に溶接される。磁気熱量材料をケース９４に導入した後（通常、内部で結晶を成長させることによって）、ケース９４は、ステンレス鋼の蓋９１をケース９４に溶接することによって封止される。
【００７３】
図１１は、磁気熱量材料を導入するために使用された熱マトリックス９２ａ内の穴９５を示す。
【００７４】
図１２は、冷却器に適したソルトピルの別の実施形態を示す。ソルトピルは、他のＡＤＲ系のクライオスタットとともに使用することができる。ソルトピルは、高熱伝導率の銅または銀で作製された主熱バス９０を備える。ステンレス鋼の容器９４は、主熱バス９０に溶接される。これは、ステンレス鋼の蓋９１を主熱バス９０に溶接することによって封止することができる。容器９４の内部では、固形の磁気熱量材料９３には、熱結合を提供する高伝導率の銅板または銀板９２が点在している。板材９２は、組立時に主熱バス９０に直接溶接される。
【００７５】
本明細書、特許請求の範囲、および図面に開示した特徴は、単独または互いに任意の組み合わせで実施形態の実装に適切であり得る。
【図１ａ】
2019502888.tif 000004
【図１ｂ】
2019502888.tif 000005
【図２】
2019502888.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019502888.tif 000011
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
2019502888.tif 000017
2019502888.tif 000018
2019502888.tif 000019